STM32F407 芯片的学习 day06 UART串口通信 的知识与代码

1.UART串口通信

处理器与外部设备通信的两种方式

并行通信    -传输原理：数据各个位同时传输。  

优点：速度快    

缺点：占用引脚资源多

串行通信    -传输原理：数据按位顺序传输。

 优点：占用引脚资源少    

缺点：速度相对较慢

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2.按照数据传送方向分为：

1.单工：数据传输只支持数据在一个方向上传输

2.半双工：允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；

3.全双工：允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。

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 3.串行通信的通信方式

同步通信：带时钟同步信号传输。 -SPI，IIC通信接口（I2C）

异步通信：不带时钟同步信号。 -UART(通用异步收发器),单总线

 

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4.UART异步通信方式引脚连接方法：   

 -RXD:数据输入引脚。数据接受。   

 -TXD:数据发送引脚。数据发送。

STM32串口异步通信需要定义:

1. 起始位

2. 数据位（8位或者9位）

3.奇偶校验位（第9位）

4. 停止位（1,1.5,2位）  

5.波特率设置

串口按位（bit）发送和接收字节的通信方式。
通信可以分为同步串口通信和异步串口通信。
波特率：是一个衡量符号传输速率的参数。在单片机使用中，常用的波特率有9600、115200等。
数据位：通信中实际数据位的参数。
停止位：单个包的最后位。典型的值为1，1.5和2位。
校验位：判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

 

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 5.USART数据的发送/接收原理     

 

串行发送：CPU内部还是并行数据（即：保存在发送数据寄存器），按照发送时钟逐字位的将发送数据存入到移位寄存器，然后再通过TxD发送引脚逐位发送出去。

 

串口接收：外部数据逐位从RxD引脚被接收，按照接收时钟，又逐字位的将接收到的数据存入到移位寄存器，然后再保存到接收数据寄存器中，并被CPU读取。

 

 

注意：串口如果使用printf函数，一定要记得重写fputc函数，以及勾选Use Micro LIB。如果不勾选微库，则要添加“半主机模式的相应代码”，可百度查找。

重写的代码：

int fputc (int ch,FILE *f)
{
    while ( (USART1->SR & 0x40) == 0 );//判断上一次发送是否完成。
    USART1->DR=(u8) ch;
    return ch;
}

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6.i2c协议-物理层 （通信方式 与今天的内容无关 ！！）

 I2C主要特点如下所示：

只需要两条总线；

没有严格的波特率要求，例如使用RS232，主设备生成总线时钟；

所有组件之间都存在简单的主/从关系，连接到总线的每个设备均可通过唯一地址进行软件寻址； I2C是真正的多主设备总线，可提供仲裁和冲突检测；

传输速度分为四种模式：

1、标准模式：Standard Mode=100 Kbps（传输速度慢了，用的少）

2、快速模式：Fast Mode=400 Kbps（使用最多）

3、高速模式：High speed mode=3.4 Mbps（大部分设备不支持这么高的频率）

4、超快速模式：Ultra fast mode=5 Mbps 最大主设备数：无限制； 最大从机数：理论上是127（7位数存储，2的7次方等于128）。 另外连接到相同总线的I2C数量受到总线的最大电容400pF限制（测试SCL总线的电容值）。实际上还没到128V，就到达到电容限制了。一般都不会使用这么多设备，设备多了，通讯速度跟不上。

 i2c通信协议通信协议：用来实现数据传输。   

 i2c物理总线：SCL（时钟线）    SDA（数据线）  

   i2c通信协议是 串行、同步、半双工 的通信方式。   

 i2c物理总线中，SCL时钟线只能由MCU来控制。SDA数据线可以收发数据。i2c通信必须是MCU和i2c从设备之间的双方通信。一条i2c总线上可以挂载多个i2c从设备。在进行通信时，必须是MCU和i2c从设备之间的通信，MCU一次只能和一个i2c从设备通信。一条i2c总线上如果挂载多个i2c从设备，i2c总线通过器件地址来区别不同的i2c从设备。器件地址：每一个i2c从设备挂载到i2c总线之后，必须得到的一个在该总线上的编号。器件地址一般是一个8位的数据。器件地址的组成：4(设备ID)   +   3(可编程地址)   +  1(读写控制位) 总结：i2c通信协议是同步通信，MCU通过器件地址查找要通信的i2c从设备。

    i2c通信协议时序：空闲信号、 起始信号、 读数据、 写数据、 发送应答、 接收应答、 终止信号

空闲信号：SCL ： 高    SDA ： 高

起始信号：SCL ：高     SDA ：由高变低

读数据：   SCL ：高      SDA ：获取SDA上的电平

写数据：   SCL ：低      SDA ：改变SDA电平状态

终止信号：SCL ：高      SDA ：由低变高

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 7.初始化串口 ：

 

状态寄存器

 

当要发送数据时，TDR寄存器将存放着的待发送的数据传输到移位寄存器，当TDR的数据全部移位到移位寄存器，TXEIE置1，表明数据传输到移位寄存器。

当传送数据完成时，TC位置1。

当要接收数据时，移位寄存器把数据传输到DR寄存器中，当传输完成后，RXNE位置1，表明数据已完全传输到DR寄存器中，已准备好随时被读取。

 

 

 数据寄存器

串口通信中，STM32F4有一个专门的数据寄存器用于存放数据，该寄存器的[8:0]位（共9位）为有效数据位，用于存放数据值。

（ 数据寄存器包含两个寄存器，一个用于发送 (TDR)，一个用于接收 (RDR) ）

而我们知道一个字节是一个8位长的数据单位，可用一个字节表示一个字符、数字或其他字符，或者系列二进制位。

串口通信中寄存器每一次通过USART_SendData或USART_ReceiveData函数可以发送或接收一个字节的数据。

波特率寄存器

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 8.代码：

以 STM32F407 的串口1为例，跟大家讲下如何配置一个串口，使其能进行数据收发。
（1）串口初始化
在这一步中，需要：
① 对该串口使用到的 IO 口进行初始化和使能相应的时钟树，并对端口进行复用映射；
② 中断配置 （主要是一个优先级）；
③ 串口初始化配置（奇偶校验、收发配置等）；
④ 串口使能；

usart.c

void usart1_init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//定义对象
	USART_InitTypeDef USART_InitStruct;//定义对象
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;//定义对象

	//1.时钟使能
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//使能USART1时钟	
	
	//2.引脚初始化
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//设置引脚为复用模式
	GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;//引脚的配置
	GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉电阻
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Fast_Speed;//引脚速度
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);//初始化
	
    //串口1对应引脚复用映射
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);
	
	//3.串口初始化
	USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;//串口波特率
	USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式
	USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
	USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);//初始化串口1

	//4.中断优先级配置    nvic  Ustart1
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;//IRQ通道使能
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//抢占优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;   //子优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器
	
	//5.开启中断
	USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	//6.中断使能
	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}
	

int fputc (int ch,FILE *f)//使用printf() 需要定义
{
    while ( (USART1->SR & 0x40) == 0 );//判断上一次发送是否完成。
    USART1->DR=(u8) ch;
    return ch;
}
	
void USART1_IRQHandler(void)//中断函数
{
	char temp;
	if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET) //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
	{
		temp = USART_ReceiveData(USART1);//(USART3->DR);	//读取接收到的数据
		switch(temp)
		{
			case '1':allshine();break;
			case '2':allclose();break;
			case '3':openbeep();break;
			case '4':closebeep();break;
		}
	}
	USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
}

 main.c 

#include "stm32f4xx .h"
#include "usart.h"
#include "stdio .h "





int main ()
{

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    usartl_init();
    printf( "hello ! ");
    return 0;

}

 

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9.补充的知识

 

 或者用这个：